Kompyuter arxitekturasi fanidan 1-topshiriq

KIF sirtqi 022-20 guruh talabasi Baxramova M.

KOMPYUTER ARXITEKTURASI FANIDAN 1-TOPSHIRIQ
MAVZU: KO‘P YADROLI PROTSESSORLARNING ARXITEKTURA TURLARI
Ishdan maqsad: Ko‘p yadroli protsessorlar haqida tushincha, ularning turlari va ishlash prinsiplari bilan tanishib chiqish.

Reja:

1. 
   Protsessor tushunchasi haqida
   
2. 
   Asosiy xususiyatlar, protsessor kuchi
   
3. 
   Qanday qilib protsessorni tanlash mumkin
   
4. 
   Overclocking protsessorlari uchun ba'zi maslahatlar
   
5. 
   Xulosa
   

Kompyuter protsessori tushunchasiga kirish

Protsessor kompyuterdagi asosiy jarayonlarni qayta ishlash va boshqarish bilan shug'ullanadigan asosiy mikrosxemadir. Aniqroq aytganda, protsessor miya deb ataladi. shaxsiy kompyuter(Kompyuter), inson miyasiga o'xshab, u biz bilan ma'lumotlarni qayta ishlash va boshqarishning asosiy ishini bajaradi.
Kompyuter uchun CPU juda muhim, bu uning qanchalik tez ishlashiga, ko'plab kundalik vazifalarni bajarishiga bog'liq. Albatta, kompyuterda hali ham bir nechta muhim komponentlar (RAM, video karta) mavjud bo'lib, ular butun tizimning tezligiga ta'sir qiladi.
Shunday qilib, kompyuter tezlik va ishlash vaqtini doimo kuzatib borishi uchun vaqti -vaqti bilan protsessor va boshqa tafsilotlar o'zgartiriladi.

CPU xususiyatlari va kuchi

CPUning asosiy xususiyatlari:

• 
  Soat chastotasi
  

Ya'ni, bu soniyada bajarilgan operatsiyalar soni. Endi bu parametr allaqachon milliardlab o'lchangan. Masalan, agar biz protsessor haqidagi texnik ma'lumotlarni kuzatgan bo'lsak, biz uning 2,5 gigagertsli qiymatini ko'rishimiz mumkin - bu sekundiga 2,5 milliard operatsiyani bildiradi (lekin bu inson miyasi bilan solishtirganda juda kichik, uning ishlashi ming baravar ko'p) ).


Hozirda eng kuchli protsessorlar bo'lishi mumkin soat chastotasi odatda kuchli kompyuter o'yinlari va dasturlari uchun zarur bo'lgan 4 yoki 4,5 gigagertsli chastotada, kundalik ish uchun bu ortiqcha.

• 
  Yadrolar soni
  

Taxminan 10 yil oldin, deyarli hech kim ikki yoki undan ortiq yadroli protsessor paydo bo'lishini orzu qilmagan. Ishlab chiqaruvchilar bu jarayon chegarasiga yetguncha soat tezligini oshirdilar. Keyin yangi yo'nalish paydo bo'ldi - chipda ikki yoki undan ortiq yadro yaratish.
Bir tomondan, bu juda yaxshi. Chunki bu protsessorni ikki baravar tez ishlashiga imkon beradi. Boshqa tomondan, buni tegishli dasturiy ta'minotsiz amalga oshirish mumkin emas. Gap shundaki, kompyuterning biron bir qismi o'z -o'zidan ishlamaydi.



Ular maxsus dastur ko'rsatmalari yozilgan taqdirdagina ishlashga qodir.Aks holda demak, har qanday tuyg'u yangi texnologiya umuman bo'lmaydi. Shunday qilib, agar bu erda bitta yadroli dasturlar ikki yadroli protsessorda ishlasa, ular faqat bitta yadro uchun ishlaydi, ya'ni tezlik oshmaydi, ikkinchi yadro ishlatilmaydi.
Ko'p chipli protsessorlarning paydo bo'lishi bilan vaziyat deyarli shunday. Garchi hozir bu muammo allaqachon hal qilingan. Deyarli barcha chiquvchi dasturlar ko'p yadroli protsessorlarda ishlash uchun optimallashtirilgan (kerak bo'lganda). Albatta, bu o'yinlar, videoni qayta ishlash, tasvirlash, modellashtirish, ishlab chiqish va boshqalar.

• 
  Energiya iste'moli
  

Quvvatning oshishi bilan ishlash uchun zarur bo'lgan energiya narxi ham oshishini tushunish muhimdir. Bu juda muhim, chunki yuqori energiya sarfi faqat pul sarflashga, issiqlik ishlab chiqarishning oshishiga olib keladi. Shu sababli, ishlab chiquvchilar energiya sarfini kamaytirish ustida doimo ishlaydilar.

• 
  Bit chuqurligi
  

Muxtasar qilib aytganda, bu protsessorning ma'lum bir ish arxitekturasini qo'llab -quvvatlashi. Odatda bu 32 yoki 64 bit. 64-bit katta imkoniyatlarni taqdim etadi, hozirda u keng qo'llanilmoqda. Barcha zamonaviy protsessorlar 64 bitni qo'llab -quvvatlaydi. Siz bu masalani 32-bitli va 64-bitli operatsion tizimlar o'rtasidagi farq nima, maqolada batafsilroq tushunishingiz mumkin.

Qanday qilib protsessorni tanlash mumkin

Umuman olganda, har qanday ehtiyoj uchun ularning keng assortimenti mavjud. Ammo biroz talabchan talablar uchun uni tanlash qiyin emas. Boshlash uchun, agar kompyuter faqat qanday maqsadda ishlatilishini hal qilish kerak, agar faqat ish va kichik o'yin -kulgi uchun (kichik o'yinlar, filmlar, musiqa tomosha qilish, Internetda sayr qilish), unda hamma narsa oddiy - eng arzon zamonaviy chip mos keladi.



Agar siz kuchli muvozanatli kompyuterni talab qiladigan jiddiy murakkab ish bilan shug'ullanayotgan bo'lsangiz, bu biroz murakkabroq. Siz quyidagi fikrlarga e'tibor qaratishingiz kerak:

1. 
   Ko'p yadroli - 4 yoki undan ko'p yadro
   
2. 
   Yuqori soat tezligi - 2,5 gigagerts va undan yuqori
   
3. 
   Uchinchi darajali kesh kamida 6 megabayt
   

Bunday asosiy tavsiyalarga amal qilib, siz qandaydir tarzda yaxshi va mahsuldor namunaga ishonishingiz mumkin. Ammo modelni tanlash va u haqidagi ma'lumotlarni Internetda ko'rish to'g'ri bo'lardi, masalan, ishlash testlari, sharhlar va boshqalar.

• 
  U ulagichni anakartga mos kelishi kerak, bu sotib olishdan oldin 100% aniqlanishi kerak. Bozorda 2 ta asosiy protsessor ishlab chiqaruvchilari mavjud - Intel va AMD. Ushbu firmalarning har biri ma'lum bir ulagichga ega bo'lgan turli xil protsessorlarni ishlab chiqaradi, ular uchun siz anakartni bilishingiz va tanlashingiz kerak, ya'ni keyinchalik doimiy ishlash uchun o'rnatiladigan taxta.
  

• 
  Protsessor - bu mo'rt qism, shuning uchun uni hech qachon tashlamaslik, taqillatish yoki sumkaga tashlamaslik kerak.
  
• 
  Uni o'rnatgandan so'ng, unga termal pasta (issiqlik o'tkazuvchi pasta) surtish kerak, bu maqolada biz changdan tozalab, uni noutbukda almashtiramiz, mantiq bir xil. Agar siz termal pastani qo'llashni unutib qo'ysangiz, protsessor haddan tashqari qizib ketadi va beqaror ishlaydi, natijada u butunlay yonib ketadi. Bundan tashqari, quritilgan termal yog 'va chang noutbuk va kompyuterning ishdan chiqishining asosiy sabablaridan biridir.
  

• 
  CPU uchun to'g'ri sovutishni tanlash juda muhimdir. Gap shundaki, turli seriyali protsessorlarni har xil usulda isitish mumkin. Shunga ko'ra, sovutgich (bu sovutish uchun sovutgichli fan) uchun alohida tanlanadi. Agar siz uning issiqlik tarqalishini bilsangiz, bu bir xil yoki undan yuqori bo'lsa, siz sovutgich sotib olishingiz kerak bo'ladi.
  

Umuman olganda, overclocking - bu uning mustaqil o'sishi texnik xususiyatlari, odatda, bu soat chastotasining oshishi, kuchlanish yoki yadrolarning qulfini ochish (agar bunday imkoniyat bo'lsa).
Agar ishlab chiqaruvchi ruxsat bermasa, buni qilish juda tavsiya qilinmaydi. Agar siz bunga qaramay harakat qilsangiz, uni buzishingiz mumkin. Ishlab chiqaruvchining o'zi bunga ruxsat berganida, bu boshqa masala, bundan tashqari, u buning uchun maxsus funktsiyani ishlab chiqardi, ba'zida siz faqat bitta tugmani bosishingiz yoki kerakli qiymatni tanlashingiz kerak bo'ladi.
Bunday holda, ha, agar siz protsessor xususiyatlarini oshirish zarur deb hisoblasangiz, buni amalga oshirish mumkin. Ammo yana, sovutish va termal pasta haqida unutmaylik. Agar siz ushbu nuqtalarga ishonch hosil qilmasangiz, yana CPUni buzishingiz mumkin.



Kompyuter texnologiyalari tez rivojlanmoqda. Hisoblash qurilmalari kuchliroq, ixcham va qulayroq bo'lib bormoqda, lekin yaqinda qurilmalarning ish faoliyatini yaxshilash katta muammoga aylandi. 1965 yilda Gordon Mur (Intel asoschilaridan biri) "integral mikrosxemaga joylashtirilgan tranzistorlar soni har 24 oyda ikki baravar ko'payadi" degan xulosaga keldi.
Ko'p protsessorli tizimlarni yaratish sohasidagi birinchi o'zgarishlar 70 -yillarda boshlangan. Uzoq vaqt davomida bir yadroli protsessorlarning ishlashi soat chastotasini oshirish orqali oshdi (ishlashning 80% gacha faqat soat chastotasi aniqlandi) va shu bilan birga chipdagi tranzistorlar sonining ko'payishi. Fizikaning asosiy qonunlari bu jarayonni to'xtatdi: chiplar qizib keta boshladi, texnologik kremniy atomlari hajmiga yaqinlasha boshladi. Bu omillarning barchasi quyidagilarga olib keldi:

• 
  oqish oqimlari oshdi, buning natijasida issiqlik ishlab chiqarish va quvvat sarfi oshdi.
  
• 
  protsessor xotiradan ancha "tezroq" bo'lib qoldi. Kirish vaqtining kechikishi tufayli ishlash yomonlashdi tasodifiy kirish xotirasi va ma'lumotlarni keshga yuklash.
  

Ko'p protsessorli tizimlar (masalani hal qilish usullaridan biri sifatida) keng qo'llanilmadi, chunki ular qimmat protsessorli anakartlarni ishlab chiqarishni talab qilardi. Shu asosda hosildorlik boshqa yo'llar bilan oshdi. Ko'p ishlov berish kontseptsiyasi samarali bo'ldi - bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlar oqimini qayta ishlash.
Hyper-Threading texnologiyasi (HTT) yoki Hyper-Threading texnologiyasi, bu protsessorga bitta yadroda bir nechta ishlarni bajarishga imkon beradi. Ko'pgina mutaxassislarning fikriga ko'ra, bu HTT edi, bu yaratilishning zaruriy shartiga aylandi ko'p yadroli protsessorlar... Bir vaqtning o'zida protsessor tomonidan bir nechta ish zarrachalari bajarilishi iplar darajasidagi parallellik (TLP-mavzu darajasidagi parallelizm) deb ataladi.
Ko'p yadroli protsessor imkoniyatlarini ochish uchun, bajariladigan dastur har doim ham erishib bo'lmaydigan barcha hisoblash yadrolaridan foydalanishi kerak. Faqat bitta yadrodan foydalana oladigan eski ketma -ket dasturlar endi yangi avlod protsessorlarida tezroq ishlamaydi, shuning uchun dasturchilar yangi mikroprotsessorlarni ishlab chiqish bilan shug'ullanadilar.

1. Umumiy tushunchalar

Arxitektura keng ma'noda ko'plab elementlardan tashkil topgan murakkab tizimning tavsifi.
Rivojlanish jarayonida yarimo'tkazgichli tuzilmalar (mikrosxemalar) rivojlanmoqda, shuning uchun protsessorlarni qurish tamoyillari, ularning tarkibiga kiradigan elementlar soni, o'zaro ta'sirini tashkil etish usuli doimo o'zgarib turadi. Shunday qilib, dizayn printsiplari bir xil bo'lgan protsessorlar odatda bir xil arxitekturali protsessorlar deb ataladi. Va bu printsiplarning o'zi protsessor arxitekturasi (yoki mikroarxitektura) deb ataladi.
Mikroprosessor (yoki protsessor) - kompyuterning asosiy komponenti. U ma'lumotlarni qayta ishlaydi, dasturlarni bajaradi va tizimdagi boshqa qurilmalarni boshqaradi. Dasturlarning qanchalik tez ishlashi protsessor quvvatiga bog'liq.
Yadro har qanday mikroprotsessorning tayanchidir. U silikon chipda joylashgan millionlab tranzistorlardan iborat. Mikroprotsessor registrlar deb nomlangan maxsus hujayralarga bo'linadi umumiy maqsad(RON) Umuman olganda, protsessorning ishi xotiradan ko'rsatmalar va ma'lumotlarni ma'lum bir ketma -ketlikda olish va ularni bajarishdan iborat. Bundan tashqari, kompyuter tezligini oshirish uchun mikroprotsessor ichki kesh xotirasi bilan jihozlangan. Kesh xotira - bu ichki xotira bufer sifatida ishlatiladigan protsessor (RAM bilan aloqa uzilishlaridan himoya qilish uchun).
IBM -ga mos keladigan shaxsiy kompyuterlarda ishlatiladigan Intel protsessorlari mingdan ortiq yo'riqnomaga ega va ular kengaytirilgan buyruqlar to'plamiga ega protsessorlar - CISC -protsessorlari (CISC - Complex Instruction Set Computing) deb ataladi.

1.1 Yuqori samarali hisoblash. Parallellik

Hisoblash texnologiyasining rivojlanish tezligini kuzatish oson: ENIACdan (umumiy foydalanish uchun birinchi elektron raqamli kompyuter) sekundiga bir necha ming operatsiyalarni bajaradigan Tianhe-2 superkompyuterigacha (sekundiga 1000 trillion suzuvchi nuqta operatsiyalari). Bu shuni anglatadiki, hisoblash tezligi 60 yil ichida trillion marta oshdi. Yuqori samarali hisoblash tizimlarini yaratish eng murakkab ilmiy va texnik muammolardan biridir. Hisoblash tezligini hisobga olsak texnik vositalar faqat bir necha million marta o'sdi, hisoblashning umumiy tezligi trillionlab marta oshdi. Bu ta'sirga hisoblashning barcha bosqichlarida parallellik qo'llanilishi natijasida erishiladi. Parallel hisoblash ratsional xotira ajratilishini topishni talab qiladi. ishonchli usullar axborot uzatish va hisoblash jarayonlarini muvofiqlashtirish.

1.2 Nosimmetrik ko'p ishlov berish

Simmetrik ko'p ishlov berish (qisqartirilgan SMP) yoki nosimmetrik ko'p ishlov berish - ko'p protsessorli tizimlarning maxsus arxitekturasi bo'lib, unda bir nechta protsessorlar umumiy xotiraga kirish imkoniga ega. Bu juda keng tarqalgan arxitektura bo'lib, u so'nggi paytlarda juda keng qo'llanilmoqda.
SMP -dan foydalanganda bir vaqtning o'zida bir nechta protsessorlar kompyuterda ishlaydi, ularning har biri o'z vazifasi bo'yicha. Yuqori sifatli operatsion tizimga ega SMP tizimi protsessorlar o'rtasida vazifalarni oqilona taqsimlab, ularning har biriga teng yukni ta'minlaydi. Biroq, xotiraga kirishda muammo bor, chunki hatto protsessorli tizimlar ham nisbatan talab qiladi uzoq vaqt... Shunday qilib, SMPda RAMga kirish ketma -ket sodir bo'ladi: avval bitta protsessor, keyin ikkinchi.
Yuqorida sanab o'tilgan xususiyatlar tufayli SMP tizimlari faqat ilmiy sohada, sanoatda, biznesda va kamdan -kam hollarda ish ofislarida qo'llaniladi. Uskunani amalga oshirishning yuqori narxidan tashqari, bunday tizimlar vazifalarning ko'p bosqichli bajarilishini ta'minlaydigan juda qimmat va sifatli dasturiy ta'minotni talab qiladi. Oddiy dasturlar (o'yinlar, matn muharrirlari) SMP tizimlarida samarali ishlamaydi, chunki ular bu parallellik darajasini ta'minlamaydilar. Agar siz biron bir dasturni SMP tizimiga moslashtirsangiz, u holda protsessorli tizimlarda ishlash juda samarasiz bo'lib qoladi, bu esa bir xil dasturning bir nechta versiyasini yaratish zarurligiga olib keladi. turli xil tizimlar... Istisno, masalan, ko'p protsessorli tizimlarni qo'llab-quvvatlaydigan ABLETON LIVE dasturi (musiqa yaratish va Dj-to'plamlarini tayyorlash uchun mo'ljallangan). Agar siz oddiy dasturni ko'p protsessorli tizimda ishlatsangiz, u hali ham protsessorli tizimga qaraganda biroz tezroq ishlaydi. Bu boshqa bo'sh protsessorda bajariladigan apparat uzilishlari (yadro bilan ishlash dasturini to'xtatish) bilan bog'liq.
SMP tizimi (parallel hisob -kitoblarga asoslangan boshqa tizimlar kabi) xotira shinasining o'tkazish qobiliyati kabi xotira parametrlariga talablarni oshiradi. Bu ko'pincha tizimdagi protsessorlar sonini cheklaydi (zamonaviy SMP tizimlari 16 protsessorgacha samarali ishlaydi).

Protsessorlar umumiy xotiraga ega bo'lgani uchun undan oqilona foydalanish va ma'lumotlarni muvofiqlashtirishga ehtiyoj bor. Ko'p protsessorli tizimda ma'lum bo'lishicha, umumiy xotira manbasi uchun bir nechta keshlar ishlaydi. Keshning muvofiqligi - bu umumiy resurs uchun alohida keshlarda saqlanadigan ma'lumotlarning yaxlitligini ta'minlaydigan kesh xossasi. Bu kontseptsiya xotira muvofiqligi kontseptsiyasining alohida holatidir, bu erda bir nechta yadrolar umumiy xotiraga kirish imkoniyatiga ega (bu zamonaviy ko'p yadroli tizimlarda hamma joyda mavjud). Agar biz bu tushunchalarni umumiy ma'noda ta'riflasak, rasm quyidagicha bo'ladi: bir xil ma'lumotlar bloki har xil keshlarga yuklanishi mumkin, bu erda ma'lumotlar har xil usulda qayta ishlanadi.
Ma'lumotni o'zgartirish to'g'risida bildirishnomalarni ishlatmaslik xatolikka olib keladi. Keshning izchilligi bunday qarama -qarshiliklarni bartaraf etish va keshlardagi ma'lumotlar izchilligini saqlash uchun mo'ljallangan.
SMP tizimlari-Flynn hisoblash tizimlari tasnifi (Stenford universiteti professori, Palyn Associates asoschilaridan biri) MIMD (ko'p tuzilmali ko'p ma'lumotlar) kichik guruhi. Bu tasnifga ko'ra, parallel tizimlarning deyarli barcha turlarini MIMD deb tasniflash mumkin.
Ko'p protsessorli tizimlarning turlarga bo'linishi xotiradan foydalanish tamoyiliga ko'ra bo'linish asosida sodir bo'ladi. Bu yondashuv quyidagi muhim turlarni ajratishga imkon berdi
ko'p protsessorli tizimlar - ko'p protsessorlar (umumiy xotiraga ega bo'lgan ko'p protsessorli tizimlar) va ko'p kompyuterlar (alohida xotirali tizimlar). Parallel hisoblashda ishlatiladigan umumiy ma'lumotlar sinxronizatsiyani talab qiladi. Ma'lumotlarni sinxronlashtirish vazifasi eng muhim muammolardan biri bo'lib, uning echimi ko'p protsessorli va ko'p yadroli va shunga mos ravishda zarurdir. dasturiy ta'minot muhandislar va dasturchilar uchun ustuvor vazifadir. Ma'lumot almashish xotirani jismoniy ajratish orqali amalga oshirilishi mumkin. Bunday yondashuv xotiraga bir xil bo'lmagan kirish (NUMA) deb nomlanadi.